הדפסה תלת-ממדית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
מדפסת תלת-מימד בפעולה

הדפסה תלת-ממדית היא טכנולוגיית ייצור המאפשרת לייצר דגמים תלת-ממדיים היישר מתוך תוכנות התב"ם. מכונות ההדפסה מייצרות את הדגמים (אבטיפוס) מפולימרים שונים, שכבה אחרי שכבה, ולבסוף מתקבל דגם סופי, כפי שתוכנן במחשב.

מדפסת תלת הממד הראשונה נוצרה בשנת 1983 על ידי צ'אק האל (באנגלית: Chuck Hull) מחברת 3D Systems, אחת מיצרניות מדפסות התלת ממד בעולם.

כיום קיים מגוון גדול מדפסות תלת מימד - ממדפסות תעשייתיות לייצור במתכות, מדפסות המדפיסות אובייקטים צבעוניים ומדפסות ביתיות במחירים נמוכים יחסית.

בשנת 2005 פיתח Adrian Bowyer את פרויקט ה-reprap, שמטרתו יצירת מדפסות תלת מימד בקוד פתוח בטכנולוגיית FDM. כיום ניתן למצוא קיטים ומדפסות מוכנות לשימוש ביתי המבוססות על פרויקט ה-reprap.

מדפסות תלת מימד נמצאות בשימוש בתעשייה לצורך ייצור דגמים, חלקי מתכת מורכבים, תכשיטים, אופנה ועוד. בנוסף ישנן ניסיונות לייצור מדפסות לייצור אוכל, מבנים, איבריים ביולוגיים ועוד.

שיטות הדפסה שונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

SLA - סטראוליטוגראפי (stereolithography) שיטת ההדפסה המסחרית והוותיקה ביותר. נמצאת בשימוש כבר 25  שנים. הבסיס לשיטה זו הוא נוזל מסוג פוטופולימר ההופך

למוצק בחשיפה לאור. ב SLA משתמשים בקרן לייזר או במקרן DLP כדי למצק את הנוזל שיכבה אחר שיכבה. מתקבל מודל מאוד מדויק ובעל פרטים ברורים. כאשר

התוצאה יכולה להיות גם שקופה. אבל,  התכונות המכניות של  המודל  אינן טובות. הוא קשה, שביר ומושפע לאורך זמן מתנאי הסביבה כגון לחות, חום או אור. כמה מהפטנטים המקורים של שיטה זו יפוגו בחודשים הקרובים ולכן יש סיכוי שנראה יצרנים חדשים מנסים כוחם עם מדפסות SLA

FDM - התכה ומיזוג לצורך מידול (fused deposition modelling) , זאת שיטת ההדפסה הנפוצה ביותר. Stratasys הציגה אותה לעולם עוד ב 1991 וב 2005 הוקם על בסיס אותו הרעיון פרויקט ה  Reprap  לבניית מדפסת ביתית בקוד פתוח. בשיטת ה FDM  חוט פלסטיק מועבר דרך ראש הזרקה מחומם שמוציא חוט דקיק ומצייר איתו בצירים X וY (דמינו אקדח דבק חם) כאשר גובה הבסיס, ציר Y , משתנה לאחר כל ציור של שיכבה. יתרונות השיטה הן בפשטות, במגוון סוגי החומרים שניתן להדפיס איתם, בהחלפה הקלה של חומרי הגלם ובעלותם הנמוכה.

חסרונות - בגלל הדבקת השכבות החלקים חלשים מאוד בציר Z . פרטים לא מתקבלים ברור. ההדפסה איטית מאוד כאשר מדפיסים מספר חלקים עם תמיכה ולא ניתן לסדר חלקים אחד מעל השני כדי למקסם את מרחב ההדפסה.

SLS - סינטור בעזרת לייזר סלקטיבי   ( Selective laser sintering ) בשימוש מ 1992. כמו ב SLA גם בשיטה זו יש קרן לייזר שמציירת שכבה חדשה כל פעם. רק שב SLS חומר הגלם הוא אבקת פלסטיק ולא נוזל. התהליך מתבצע בתא סגור ומחומם והתוצאה היא חלקים בעלי תכונות מכניות מצוינות כמו של חלקים המתקבלים בהזרקת פלסטיק לתבנית. החוזק מתקבל דומה בכל הצירים והחלקים עמידים וניתנים לעיבוד משלים. ניתן להשתמש בתערובות אבקה שונות כגון ניילון 12 עם כדורי זכוכית או בתוספת אלומיניום, קרבון וכו'. בשיטה זו ניתן לקבל חלקים מוכנים לשימוש מידי והיא משמשת כשיטת ייצור מקובלת במקומות רבים. מכיוון שבשיטת ה SLS ניתן לייצר מאות חלקים איכותיים בכל הרצה של המכונה וללא צורך בטיפול משלים לאחר מכן, היא אחראית לכמות הגדולה ביותר של חלקים המודפסים בעולם מידי שנה.

חסרונות - צבע אחיד, פני השטח טיפה גסים, לא ניתן לקבל חלקים שקופים.

SLM - התכה בעזרת לייזר סלקטיבי ( Selective laser melting) כמו ב SLS אבל חומר הגלם הוא אבקת מתכת אשר קרן לייזר מתיכה אותה לשכבה דקה כל פעם. התהליך מתבצע בתא קר סגור ומרוקן מחמצן על ידי הזרמה של גז אינרטי . התוצר הוא אחד מהמרשימים שניתן לקבל בהדפסה תלת ממדית. מתקבלים חלקי מתכת, בדרך כלל טיטניום או אלומיניום חזקים ומוכנים לשימוש. השימוש במדפסות כאלו נפוץ מאוד בתחום רפואת השיניים ליצירת בסיס לכתרים ממתכת

EBM - התכה בעזרת אלומת אלקטרונים ( Electron beam melting) . הדפסת מודלים ממתכת כמו ב SLM אבל באמצעות אלומת אלקטרונים במקום הלייזר


שיטות נוספות:  שימוש באור UV כדי למצק נוזל מסוג פוטו-פולימר. חברת אובג'ט הישראלית (היום חלק מ Stratasys) משתמשת בראשי הדפסה, כמו במדפסת הזרקת דיו כדי להזריק נוזל ומיד להאיר ולמצק אותו. בשיטה ייחודית זו ניתן להדפיס ממספר חומרים בעלי תכונות שונות בו זמנית. לאובג'ט קרוב ל 70 חומרים שונים בעלי תכונות, צבעים ושקיפות שונים.

הדפסה עם גבס - חברת Z-corp (כיום חלק מ 3D System) פיתחה את סדרת מדפסות ה Z המשתמשות באבקת גבס אותה הם ממצקים בעזרת מריחת שכבת אפוקסי דקה.  התוצאה מתאימה למודלים גדולים כמו מבנים אדריכליים. Z-Corp הייתה גם הראשונה לשלב ראשי צבע במדפסת ולהדפיס מודלים בצבעים מלאים.

שיטת הדפס נוספת היא ע"י  הדבקת שכבות דקות של נייר או פלסטיק גזור. MCOR יודעת לעשות זאת עם גיליונות של דפי A4 רגילים ואפילו להוסיף צבע. Solido הישראלית ידעה לעשות זאת מגליל של פלסטיק דק וצהבהב

יצרניות מדפסות תלת ממד[עריכת קוד מקור | עריכה]

חברת 3D Systems מהחלוצות בתחום, מספקת פתרונות תוכן להדפסת תלת ממד וכן מדפסות תלת ממד, חומרי הדפסה ושירותי חלקים מותאמים אישית על פי דרישה.

שיטת ההדפסה היא באמצעות נוזל פולימר שמתמצק תחת תאורת UV, מתחת למיכל ישנה מערכת לייזר ומראות שמשרטטת את הצורה על כל השכבה המודפסת, שהופכת לקשיחה, וכך שכבה אחר שכבה עד לסיום ההדפסה.

חברת Mcor Technologies פיתחה בשנת 2005 תהליך הדפסה באמצעות גיליונות נייר משרדי רגילים, דבק ולהב המורכב מטונגסטן קרביד (באנגלית:Tungsten carbide) לחיתוך הצורה.

חברת Startasys עברה בשנת 2012 מיזוג עם חברת Objet Geometries הישראלית. בשיטת ההדפסה של החברה נעשה שימוש בפולימרים רגישים לקרינה אולטרה סגולה. הפולימר מונח על שולחן הייצור על ידי ראש הדפסה רגיל לחלוטין ומוקשה בשכבות של כ-16 מיקרון עד קבלת מודל אחיד. ב-20 ביוני 2013 רכשה החברה את יצרנית מערכות שולחניות להדפסה בתלת ממד MakerBot בכ-400 מיליון דולר‏[1].

Startasys מייצרת מדפסות המיועדות בעיקרן לשוק המקצועי והיא לוקחת חלק מרכזי ברבים מהפרויקטים החדשניים. עם זאת, לחברה כיום אין פעילות בשוק הקטן של מדפסות תלת ממד לשוק הביתי, שMakerBot נחשבת לאחד הגורמים החלוציים והמובילים בו ‏[2].

מדפסות תלת ממד ביולוגיות[עריכת קוד מקור | עריכה]

בשנת 2009 יצרה חברת הOrganovo את ה- NovoGen MMX Bioprinter, זוהי מדפסת תלת ממד אשר מאפשרת להדפיס רקמות תא אנושי. התהליך מתבצע במספר שלבים, בתחילה מגדלים תאי גזע אנושיים בתרבית. בשלב הבא כאשר ישנה כמות מספקת של תאים נעשה שימוש באנזים ייחודי המאפשר את "אריזתם" של תאי הגזע למבנה דמוי כדוריות‏[3] אותו מדפיסים.

בשנת 2011 הציגו החוקרים Anthony Athala ו Juan Enriquez יחד עם Luke Massella כליה אנושית‏[4] המורכבת מתאי גזע אנושיים אשר אותה הדפיסו במדפסת תלת ממד. יש לציין כי זהו אב טיפוס בתחילת דרכו וכי עד היום עדיין לא הושתל איבר בגוף אנושי חי. בנוסף מאז ועד היום הודפסו איברים נוספים כגון אוזן אנושית‏[5].

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • הוד ליפסון, מלבה קורמן, תלת ממד: המהפכה התעשייתית החדשה, הוצאת ר. סירקיס / ידיעות ספרים, 2014

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא הדפסה תלת-ממדית בוויקישיתוף

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ חגי עמית, סטרטסיס רכשה את חברת מייקרבוט; שווי העסקה כ-400 מיליון ד', באתר TheMarker‏, 20 ביוני 2013
  2. ^ שי סלינס, סטרטסיס רוכשת חברה אמריקאית למדפסות תלת מימד ב-403 מיליון דולר, באתר כלכליסט, 20 ביוני 2013
  3. ^ אלכס שפירו, תדפיס לי שריר, באתר ynet‏, 19 במרץ 2013
  4. ^ סרטון הדגמה
  5. ^ נכון ל-25 ביוני 2013 האוזן לא נבחנה על ידי בני אדם; רויטרס, האוזניים המודפסות כבר כאן, באתר TheMarker‏, 13 ביוני 2013